在電動汽車領(lǐng)域，如何通過持續(xù)提升動力鋰電池的能量密度來提高單次充電續(xù)航里程，已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界所共同面對的問題和挑戰(zhàn)之一。

日前，在2016我國汽車工程學(xué)會年會上，《節(jié)能和新能源汽車技術(shù)路線圖》正式對外公布。根據(jù)技術(shù)路線，2020年的純電動汽車動力鋰電池的能量密度目標(biāo)為350wh/kg，2025年目標(biāo)為400wh/kg，2030年目標(biāo)為500wh/kg。

有關(guān)此次技術(shù)路線圖提出的目標(biāo)，高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)指出，2020年能量密度可以通過對現(xiàn)有材料體系的潛力挖掘?qū)崿F(xiàn)(即高鎳三元+硅碳負(fù)極)，2020年后要通過材料和電池體系的升級來完成(鋰硫電池+鋰空氣電池)。

"提高能量比的密度非常關(guān)鍵，只有這樣我們才能夠比傳統(tǒng)汽車變得效率更高。除此之外，只有通過這種方法電動汽車才可以實(shí)現(xiàn)更好的利潤上升，并且不再要依靠政府的資助。"

三星SDI株式會社副社長鄭世雄介紹，三星SDI動力鋰電池能量密度目前為250wh/kg，并預(yù)計(jì)在2023年達(dá)到350wh/kg的目標(biāo)，屆時，其可以實(shí)現(xiàn)電動汽車?yán)m(xù)航里程達(dá)800km。

除了三星，包括松下、LG、比亞迪、CATL、國軒高科、比克等國內(nèi)外動力鋰電池公司都明確的設(shè)立了中長期的能量密度目標(biāo)，并提出了較為清晰的實(shí)現(xiàn)路徑。

根據(jù)推算，當(dāng)前采用的高電壓層狀過渡金屬氧化物和石墨作為正負(fù)極活性材料所組成的液態(tài)鋰離子動力鋰電池的重量能量密度極限約為280Wh/kg左右。引入硅基合金替代純石墨作為負(fù)極材料后，鋰離子動力鋰電池的能量密度有望做到300Wh/kg以上，其上限約為350Wh/kg。

"假如能量密度進(jìn)一步提高，一定從現(xiàn)在開始就要考慮固態(tài)鋰電池，以及鋰空氣電池、鋰硫電池等新的電化學(xué)體系探索研究。"在我國工程院陳立泉院士看來，電動汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展要進(jìn)行技術(shù)儲備，而固態(tài)電池有望成為我國下一代車用動力鋰電池主導(dǎo)技術(shù)路線。高工鋰電網(wǎng)獲悉，包括CATL、比克等國內(nèi)動力鋰電池公司已經(jīng)在積極做固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化儲備。

高工鋰電網(wǎng)梳理了三星SDI、比亞迪、CATL、國軒高科、比克等公司在動力鋰電池能量密度提升機(jī)新材料電池的規(guī)劃和實(shí)行路徑，希望對業(yè)內(nèi)人士有所借鑒。

三星SDI：2023年目標(biāo)350wh/kg

有關(guān)三星SDI在動力鋰電池領(lǐng)域的發(fā)展目標(biāo)，三星SDI株式會社副社長鄭世雄在我國電動汽車百人會2016夏季論壇做了清晰的介紹。三星SDI汽車動力鋰電池技術(shù)重要是關(guān)注在四個方向。一是引領(lǐng)高能量比密度，二是安全可靠性，三是打造標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程進(jìn)一步提高效率，四是建立起好的質(zhì)量體系。

鄭世雄介紹，三星SDI動力鋰電池能量密度現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)250wh/kg，由其商業(yè)化團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)全權(quán)開發(fā)。同時，三星已經(jīng)在300—350wh/kg能量密度上的得到技術(shù)飛躍。預(yù)計(jì)350wh/kg可以在2023年前達(dá)到。

在350wh/kg達(dá)到之后，還將打造更加有效的動力系統(tǒng)。只有這樣才可以不再過度地依靠政府的資助，提高能量比的密度非常關(guān)鍵，只有這樣才能夠比傳統(tǒng)汽車變得效率更高。

鄭世雄認(rèn)為，能量密度的提升才能讓電動汽車才可以實(shí)現(xiàn)更好的利潤上升，但更高的能量比密度也就意味著安全的隱患以及挑戰(zhàn)會更多，能量比密度越高，安全問題也可能會更高。

因此，如何能夠在保證安全和可靠性的前提之下去提高能量比密度，并不能出現(xiàn)安全隱患，這也是我們要找到的突破點(diǎn)，也是電池行業(yè)面對的問題，三星也并不例外。

比亞迪：高鎳三元2020年目標(biāo)300wh/kg

比亞迪電池技術(shù)開發(fā)部門經(jīng)理江文鋒介紹，在技術(shù)路線上，比亞迪三元電池方面希望在2018年做到500瓦時/升，重量能量密度大概達(dá)到240瓦時/公斤。磷酸鐵鋰方面希望做到150—160瓦時/公斤，到2020年希望達(dá)到600瓦時/升，大概是300瓦時/公斤這樣的水平。

為了達(dá)到這個目標(biāo)，在材料方面，比亞迪選用的正極材料是高鎳三元材料。高鎳體系首先要解決的是安全問題。控制熱失控是我們現(xiàn)在重要做的工作。

負(fù)極材料上比亞迪在做硅負(fù)極，重要有兩個路線：一個是氧化亞硅，一個是納米硅。用這個材料要解決兩個前提，即首次效率、循環(huán)壽命。從目前的研究結(jié)果看，氧化亞硅應(yīng)該比較好解決。用硅材料體系和石墨這個體系相差比較遠(yuǎn)，有關(guān)電池設(shè)計(jì)體系也要發(fā)生變化，在導(dǎo)電劑、連接劑、制備工藝、電解液體系等方面可能都要做大的調(diào)整，目前比亞迪做了一些工作，基本上做到500的循環(huán)大概90的水平，還在繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步提高性能。

在隔膜質(zhì)方面，很多安全隔膜質(zhì)是至關(guān)重要的，目前常規(guī)的是PP、PE這種涂氧化鋁的材料，現(xiàn)在日本已經(jīng)有人開始在用包括纖維的材料。電解液方面，目前體系逐漸采用一些高電壓電解液或者高純度電解液，來提高耐高壓性能。固體電解液方面，江文峰覺得短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)難度比較大。

CATL：高鎳三元+硅碳目標(biāo)350wh/kg

目前，CATL的鋰電池能量密度可以做到200-250瓦時/公斤。"十三五"期間，寧德將致力于高鎳三元/硅碳電池研發(fā)，希望能實(shí)現(xiàn)350Wh/公斤的目標(biāo)。

在電池材料上，CATL認(rèn)為會逐步由磷酸鐵鋰/石墨、三元、高鎳三元/硅碳再到固態(tài)鋰空氣金屬演進(jìn)。"下一代高能量密度電芯將超越國際上的競爭對手。"CATL電芯工程師姜玲燕博士表示。

據(jù)推算，當(dāng)前采用的高電壓層狀過渡金屬氧化物和石墨作為正負(fù)極活性材料所組成的液態(tài)鋰離子動力鋰電池的重量能量密度極限約為280Wh/kg左右。引入硅基合金替代純石墨作為負(fù)極材料后，鋰離子動力鋰電池的能量密度有望做到300Wh/kg以上，其上限約為350Wh/kg。

有關(guān)更高能量密度目標(biāo)的進(jìn)一步達(dá)成，以金屬鋰為負(fù)極的鋰金屬電池已成為必然選擇。目前，CATL正在加速開發(fā)EV用的全固態(tài)鋰金屬電池研發(fā)的步伐，在聚合物和硫化物基固態(tài)電池方向分別開展了相關(guān)的研發(fā)工作并取得了初步進(jìn)展，針對材料體系特點(diǎn)和規(guī)模化生產(chǎn)的要求，CATL同步開展了全固態(tài)電池制造工藝路線的設(shè)計(jì)和探索，并著眼于全固態(tài)鋰金屬電池的基礎(chǔ)科學(xué)問題，以及相關(guān)的工程技術(shù)問題的理解和突破，將繼續(xù)推進(jìn)和深化和學(xué)術(shù)界之間的聯(lián)合開發(fā)，加快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

國軒高科：能量密度提升儲備10大黑科技

國軒高科董事長李縝透露，2020年產(chǎn)量要達(dá)到30Gwh，能量密度則要達(dá)到300—350wh/kg。350wh/kg目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，要國軒高科研究院的開拓性表現(xiàn)。

在日前舉辦2016中美新能源經(jīng)濟(jì)論壇上，國軒高科工程研究院副院長張宏立向全球公布了十項(xiàng)招標(biāo)計(jì)劃，透露出國軒高科研究院在探索前沿技術(shù)和材料，引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展的雄心。

這十項(xiàng)招標(biāo)包括：高能量密度(350wh/kg)電芯開發(fā);高鎳三元材料開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化;高性能硅基負(fù)極材料開發(fā);鋰電池5V高電壓電解液體系開發(fā);VDA尺寸三元電芯安全性能提升及設(shè)計(jì)優(yōu)化;三元電池PACK系統(tǒng)安全性能提升;動力鋰電池BMS主動均衡技術(shù);實(shí)時高精度BMS管理系統(tǒng)開發(fā);全電池系統(tǒng)的電化學(xué)仿真分析技術(shù);高能量密度鋰硫電池開發(fā)。

這十項(xiàng)招標(biāo)，既有應(yīng)對目前產(chǎn)業(yè)化要求，在近期應(yīng)用的技術(shù)，也有著眼于未來，為下一代電池儲備的技術(shù)研發(fā)，覆蓋范圍很寬，目標(biāo)也定得很高，如能實(shí)現(xiàn)，將突破現(xiàn)有商用的動力鋰電池的邊界，提升動力鋰電池性能，促進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

比克：第五代產(chǎn)品明年量產(chǎn)

比克電池總裁張樹全介紹，在動力鋰電池領(lǐng)域，比克電池的第四代產(chǎn)品綜合性價比在業(yè)內(nèi)有著不錯的口碑，其特點(diǎn)是安全性好，能量密度大，普遍可以達(dá)到220-230wh/kg，循環(huán)充放電次數(shù)1000-1500次沒有明顯衰減。在2017年上半年，比克電池就會推出自己的第五代產(chǎn)品，屆時在能力密度上將會有更進(jìn)一步的提升。

在安全保障上，車用動力鋰電池的使用環(huán)境和數(shù)量決定了電池公司要更加嚴(yán)格的要求自己在電池設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上的安全性。比克電池利用其在三個重要點(diǎn)上所下的功夫來保障了電池的安全可靠。

首先是在材料選擇上，比克電池堅(jiān)持使用售價更高的進(jìn)口銅箔、鋁箔以及隔膜材料，雖然成本要高出國內(nèi)相同材料一倍以上，但是在耐用性和可靠性上表現(xiàn)更加出色，完全可以滿足國家8年或12萬公里的質(zhì)保要求。

第二是在設(shè)備上，比克電池堅(jiān)持使用人工來監(jiān)督設(shè)備，用設(shè)備來制造產(chǎn)品的理念，高度自動化覆蓋的生產(chǎn)線可以保證良好的一致性，并降低故障率。

第三是在產(chǎn)品PACK集成上，比克電池采取包括熔斷、填充、隔熱、水冷等六種防護(hù)措施來保證每顆電池的安全性，即使在后期使用中單顆電池出現(xiàn)問題，也會采取將其單獨(dú)隔斷的方式來保證整體的電池的安全性。

除了目前主流的三元鋰電池以及磷酸鐵鋰電池，比克電池的新產(chǎn)品、新材料研發(fā)上也下足了功夫。現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入開發(fā)序列的有兩款產(chǎn)品，一款是鈉離子電池，另一款是固態(tài)電池。

原標(biāo)題:瞄準(zhǔn)能量密度提升三星/CATL/國軒/比亞迪有啥小目標(biāo)？